Конструкция и виды тормозных дисков
Самые распространенные на сегодняшний день автомобильные тормозные системы – дисковые тормоза. Из этого следует, что главным элементом тормоза такого типа является тормозной диск, к которому прикладывается усилие исполнительного механизма. Поскольку существующие автомобильные тормоза используют трение в качестве основного принципа действия, между диском и тормозным механизмом находится колодка, покрытая слоем фрикционного материала.
Как известно, росту эффективности любых тормозов препятствует температура в паре трения. Чем интенсивнее автомобиль тормозит, тем больше выделяется тепла и тем больше нагреваются детали тормозного механизма. Для обычной тормозной колодки это приводит к потере фрикционных свойств за счет снижения коэффициента трения. Можно пойти дальше и обнаружить, что тепло от колодки передается не только воздуху, но и собственно исполнительному тормозному механизму – скобе (суппорту), нагретые поршни которой бывают способны довести тормозную жидкость до кипения. Это может привести к образованию пузырьков воздуха в жидкости и, как следствие, потере ею упругих свойств и «провалу» тормозной педали. Естественно, ни о какой эффективности не может быть и речи, остановиться бы, перевести дух и подумать, что можно сделать. Самым логичным будет повысить температуру кипения тормозной жидкости и сделать колодки, способные не снижать коэффициент трения с ростом температуры. Именно так и поступили конструкторы тормозных систем, и сейчас есть колодки, работающие в диапазоне от 200 градусов и выше. Однако тема колодок и жидкостей еще дождется своего часа, а что же происходит с дисками?
Диск также нагревается, что приводит к нарушению формы его рабочей поверхности, ее короблению, следствием чего становится осевое биение диска, передаваемое на руль и тормозную педаль. Для начала рассмотрим причину деформации диска под действием температуры. Как правило, обычный тормозной диск представляет собой обод, выполненный в одно целое со ступицей П-образного сечения. При нагреве диск, напоминающий в разрезе шляпу, условно стремится вывернуться «наизнанку» за счет разницы длин наружного и внутреннего контуров. У внутреннего она больше, следовательно, и линейное тепловое расширение также больше. Это приводит к тому, что у «шляпы» приподнимаются поля. Именно череда таких подъемов и опусканий при остывании и приводит к деформации диска. Чтобы уменьшить такой эффект, у дисков в местах соединений обода со ступицей с наружной стороны делаются галтели или проводятся другие мероприятия, увеличивающие длину наружного контура. А что, если сделать диск более массивным, тогда он уж точно не покоробится. Хорошая идея, только вообразите, какая будет неподрессоренная масса у такого автомобиля, а наличие дополнительного маховика на каждом колесе сделает торможение проблематичным, добавив еще необходимость «гасить» их инерцию. К тому же проблема рассеивания тепла осталась. Так на сцену вышел диск с внутренней вентиляцией или просто вентилируемый. Он сразу позволил повысить эффективность торможения за счет более благоприятных температурных режимов паре трения. У вентилируемого диска существенно увеличена поверхность, с которой он отдает тепло окружающей среде. А если подвести дополнительный охлаждающий воздух к тормозному диску, то о перегреве тормозов можно даже забыть. Вентилируемый тормозной диск также уменьшает температурную нагрузку на ступичный подшипник.
Увеличению поверхности рассеивания тепла способствует и перфорация дисков, при которой обод насчитывает не один десяток сквозных отверстий с зенковкой. Проделанные по всей рабочей плоскости диска сквозные отверстия снижают вес диска, способствуют более эффективному снижению его температуры при работе (что снижает риск коробления), удаляют газы, образующиеся при трении колодок о диск. Также перфорация не допускает «всплытия» тормозной колодки при попадании воды на рабочую поверхность диска в дождь или при проезде через лужи. Оказавшаяся на пути колодки вода выдавливается внутрь диска, откуда она выбрасывается наружу под действием центробежной силы. Вот здесь и кроется опасность для перфорированных дисков. Попавшая вода на раскаленный иногда тормозной диск может вызвать катастрофические последствия для его целостности, он может потрескаться и даже лопнуть. Отверстия станут дополнительными концентраторами напряжений и начальными точками этих самых трещин. Поэтому заявления о повышенной эффективности перфорированных дисков часто следует рассматривать как рекламный ход.
Однако встречаются серийные автомобили, у которых такие диски стоят и хорошо себя чувствуют за все время эксплуатации, подвергаясь замене только по причине износа. Такую картину можно наблюдать, в частности, на автомобилях Ferrari и Porsche. Все дело в том, что диаметр отверстий не велик, их расположение сочетается с конфигурацией внутренних лопаток диска, а сам диск, как правило толстостенный и большого диаметра. Это снижает риск образования трещин, однако более правильным решением являются канавки на рабочей поверхности диска. Кроме воды, канавки отводят газообразные продукты “жизнедеятельности” колодки и продукты износа. Канавки бывают направленными в зависимости от вращения диска или симметричными, что позволяет ставить диск на левую и правую стороны автомобиля. Это относится и к лопаткам внутри диска. Обычный вентилируемый диск имеет радиально расположенные лопатки, что делает левый и правый тормозные диски одинаковыми, но существуют диски с наклоненными лопатками для лучшего удаления разогретого воздуха. При этом левый диск является зеркальной копией правого и наоборот.
Указав все эти достоинства канавок, нельзя не сказать и о том, зачем они изначально были разработаны. Опять же, автоспорт с его повышенными нагрузками на тормоза потребовал эффективной очистки тормозных колодок. Дело в том, что при работе на больших нагрузках тормозные колодки очень быстро покрываются тонким слоем нагара – выгоревшего и отработанного фрикционного материала. Если его не снять принудительно, колодка превращается в скользкую лыжу. Канавки, шлицы практически срезают этот отработанный слой, обновляя колодку. Это позволяет поддерживать работоспособность колодок на протяжении всей гонки. Учитывая все вышесказанное, можно считать, что для обычных городских автомобилей тормозные диски со шлицами, конечно, являются предметом гордости владельца, но одновременно причиной более частой смены тормозных колодок.
Теперь мы добрались до высшей лиги тормозных дисков – вентилируемых сборных. Конечно, бывают и цельные диски с направленными лопатками, но их не так много. Это объясняется необходимостью иметь сложные оснастки для левого и правого диска, на что не каждый производитель может пойти. В результате диск с одной стороны выбрасывает воздух наружу, а с другой – захватывает его и пытается выдавить из центра внутрь колесной арки. Разборные диски изначально делятся на левые и правые и имеют крепежный фланец для ступицы, которая делается, как правило, из высококачественного авиационного алюминия. Такая конструкция позволяет еще больше рассеивать тепла, что благоприятно сказывается на эффективности тормозов и теплонагруженности подшипников ступицы. Понятно, что такой диск более легкий, чем его цельный аналог. Здесь тоже присутствуют подводные камни. Самый опасный – разница коэффициентов термической деформации материалов диска и ступицы. Для решения этой проблемы делают прорези на ступице, но самым эффективным способом борьбы с этим явлением можно назвать так называемые плавающие диски. Их суть – отсутствие жесткой связи между диском и ступицей, при этом диск может двигаться относительно ступицы обычно в осевом направлении в пределах нескольких десятых долей миллиметра. Плавающие диски обладают существенным недостатком – они боятся грязи, которая может лишить их подвижности, поэтому они главным образом применяются в кольцевом автоспорте.
Материал тормозных дисков
Чаще всего тормозные диски изготовляют из чугуна. Популярность этого материала объясняется хорошими фрикционными свойствами и невысокой стоимостью производства. Наряду с этими преимуществами, чугун имеет ряд существенных недостатков, которые ограничивают его использование в некоторых типах транспортных средств – спортивных машинах и мотоциклах. При регулярных интенсивных торможениях, вызывающих значительное повышение температуры (400 С и выше), возможно коробление диска, а если на его перегретую в таких режимах поверхность попадает вода, например, из лужи, чугунный диск покрывается сетью трещин и иногда даже рассыпается. Кроме того, такие диски очень тяжелые, и после длительных стоянок их рабочая поверхность покрывается коркой ржавчины. Чтобы избежать этих недостатков, диски, в большей степени мотоциклетные и значительно реже автомобильные, начали делать из «нержавейки». Более слабые фрикционные свойства этого материала компенсировали увеличением диаметра дисков и их рабочей поверхности. Для изготовления этой ответственной детали тормозной системы используют и обычную сталь, которая, как и «нержавейка», не столь чувствительна к перепадам температур и обладает несколько худшими фрикционными свойствами, чем чугун.
В 70-е годы на спортивные машины начали устанавливать тормозные диски из углепластика – карбоновые. Преодолев период роста, карбоновые тормоза оставили своих металлических коллег далеко позади. Посудите сами: вес тормозного диска из карбона на порядок меньше металлического, коэффициент трения на порядок выше, а рабочий диапазон, ограничивающийся на обычных тормозах 500-600 С, здесь простирается далеко за отметку в 1000 С. Карбоновые диски не коробятся, а снижение неподрессоренных и вращающихся масс положительно сказывается на ходовых качествах автомобиля. Тем не менее путь к обычным дорожным автомобилям таким тормозам пока заказан. Стоимость комплекта карбоновых тормозов может достигать стоимости нового автомобиля малого класса, а нормально работать они начинают только после хорошего прогрева: до этого коэффициент трения тормозов даже ниже обычных! Нельзя забывать и об удобстве управления замедлением: если с традиционными тормозами все просто и понятно, то здесь контролировать замедление сверхсложно. Фактически в обычных условиях карбоновые тормоза будут аналогом переключателя «ехать/стоять».
Более радужные перспективы в автомобилестроении имеют керамические тормоза. Они не имеют такого ошеломляющего коэффициента трения, как карбоновые, но обладают целым рядом преимуществ. У керамики гораздо больше возможностей, чем у металла или различных композитов. Этот материал отличается отличной устойчивостью к высоким температурам, высокой стойкостью к коррозии и износу, небольшой удельной массой и высокой прочностью. Но это еще не все. Керамические тормозные диски, в сравнению аналогичным деталями из серого чугуна легче на 50%. Вес, например, керамического тормозного диска PORSCHE 911 в два раза легче обычного, значит, меньше и неподрессоренные массы, а следовательно, и нагрузка на подвеску. Уменьшается и так называемый гироскопический эффект, когда вращающееся с большой скоростью тело сопротивляется смене направления вращения. Кроме того, применение керамики позволяет увеличить на 25% коэффициент трения, а заодно резко повысить эффективность торможения в горячем состоянии. Еще одно преимущество – невероятная долговечность. Керамические диски обычно не требуют замены на протяжении 300 000 км. К сожалению, есть и недостатки. Во-первых, холодные керамические диски хуже останавливают машину, чем холодные тормозные диски из металла. Во-вторых, керамика плохо работает при очень низких температурах. В третьих, такие диски при работе неприятно скрипят. И, наконец, в четвертых, цена у них ну просто непомерная.
Какие тормозные диски лучше
Какие тормозные диски лучше? Этим вопросом задаются автолюбители, когда приходится время менять соответствующие запчасти. Ответ зависит от стиля вождения, ценового сегмента и выбора конкретной фирмы-изготовителя. Выбирая из широкого ассортимента, всегда обращайте внимание на технические характеристики диска — чтобы он подходил для конкретной машины, и не портил тормозные колодки, но создавал наиболее эффективную пару трения.
Однако этот выбор настолько большой, что возникает резонный вопрос — какие тормозные диски поставить? Поэтому кроме объективных факторов выбора также имеет смысл обращать внимание на отзывы и реальный опыт автовладельцев, которые уже пользовались теми или иными дисками.
Именно для такого случая, с учетом опыта использования, технических характеристик и особенностей, представлен рейтинг наиболее популярных марок тормозных дисков. На его основании будет легче определиться с выбором. И купить наилучшие диски.
Типы тормозных дисков
Обсуждение вопроса о том, какие тормозные диски лучше поставить, имеет смысл начать с обсуждения их типов. По цене, условно все тормозные диски можно разделить три класса:
Однако цена — это не основной показатель при выборе того или иного диска. Важно знать особенности конструкции этой детали автомобиля.
Вентилируемые тормозные диски
Зачастую именно такой тип ставят на переднюю ось автомобиля. Смысл их в том, чтобы обеспечить лучшее охлаждение. Они состоят из двух пластин одинакового диаметра, которые соединены несколькими десятками перемычек, однако между ними есть и воздушный зазор (обычно его значение составляет около одного сантиметра). Воздушный зазор необходим для обеспечения отвода тепла во время торможения. На некоторых дисках перемычки имеют изогнутую форму. Это делается специально для того, чтобы в процессе вращения эти перемычки превращались в своеобразные лопасти вентилятора, которые и рассеивают тепло. Такие диски эффективно справляются с торможением даже при значительных нагрузках при сильном нагреве.
Перфорированные диски
В таких дисках по всему их периметру просверлены несколько десятков отверстий. Их эффективность значительно меньше чем эстетический вид. Дело в том, что в составе тормозных колодок имеется скрепляющее вещество, которое распадается при высокой температуре. Особенно это актуально для старых и бюджетных колодок.
При высокой температуре скрепляющее вещество распадается, образуя газовую прослойку, которая не дает колодке прижаться к диску из-за того, что между их рабочими поверхностями имеется избыточное давление. И вот как раз отверстия на перфорированных дисках и предназначены для удаления этих газов, а также удаления продуктов износа самих колодок.
Поэтому пара — дешевые колодки и перфорированные диски, будет более эффективной нежели с вентилируемыми, но не оправданный со стороны расходов.
Среди недостатков перфорированных дисков является то, что за счет отверстий меньшая площадь трения и площадь отвода тепла. А это негативно сказывается и при установки более дорогих колодок. К тому же, отверстия, во время работы диска, становятся точками напряжения при широком диапазоне изменений рабочей температуры. А это может привести к появлению трещин, особенно в долгосрочной перспективе.
Дело в том, что при торможении рабочая поверхность диска будет более горячая, чем сами отверстия. Это приводит к температурному перекосу, следствием которого является постепенный выход диска из строя. Именно по этой причине их практически не используют в автоспорте. Однако для машин, используемых в городском режиме, их вполне можно устанавливать. Тем более когда важен именно эстетический вид.
Диски с насечками
Насечки на диски выполняют ту же функцию, что и отверстия на перфорированных дисках. Однако к этому добавляется действие, когда при каждом обороте диска они очищают трущуюся поверхность тормозных колодок. Дополнительным преимуществом таких насечек является то, что за их края колодки лучше цепляются. Однако это может привести к тому, что колодка раньше времени выйдет из строя (особенно если она бюджетная и/или низкокачественная). Диски с насечками лучше, чем перфорированные, но рекомендуется ставить лишь в паре с качественными колодками.
Как правильно подобрать тормозной диск
Чтобы ответить на вопрос о том, какие лучше ставить тормозные диски на автомобиль. Кроме того что нужно учитывать какие будут установлены колодки, также необходимо определиться со стилем вождения и технических возможностей установки.
В частности, если стиль вождения умеренный, без резких разгонов и остановок, скорость езды невысока (предполагается использовать машину в городских условиях), а сама машина относится к классу бюджетных или среднеценовых, то для нее вполне можно выбрать диски, принадлежащие к эконом классу. Обычно это невентилируемые, цельные диски (без перфорации).
Если же стиль езды более агрессивный, и машина часто используется на больших скоростях, то имеет смысл купить более дорогие диски, в том числе с перфорацией/насечками. Их конструкция, а также сплавы, используемые при изготовлении, позволяют использовать диски для торможения машины в экстремальных условиях.
В идеале тормозной диск должен совпадать с тормозной колодкой не только по классу износостойкости, но и по бренду (конечно, если это не подделка). Или хотя бы по технологии изготовления. Это обеспечит их оптимальную работу в паре. Если выбрать, например, дорогой диск и дешевые некачественные колодки, то это наверняка приведет к ситуации, когда не только колодки быстро выйдут из строя, но может повредиться и непосредственно тормозной диск.
Выбор того или иного тормозного диска также нужно основывать на его геометрии. Чем диск больше в диаметре — тем он лучше отводит тепло. Однако здесь существует ограничение по диаметру колесных дисков. Аналогичные рассуждения справедливы и для его толщины. Чем диск толще — тем лучше его теплопоглощение и отдача, а также он может выдерживать более высокие рабочие температуры. Желательно, чтобы диск был вентилируемым. Особенно это актуально для внедорожников и кроссоверов. Так как наличие воздуховодов для охлаждения тормозов улучшает эффективность торможения.
Следует помнить и о крепежных размерах диска для конкретной машины. Это касается диаметра и высоты ступичной части, количества, размера и расположения крепежных отверстий на корпусе диска и других геометрических параметров.
Если все эти факторы проанализировать, то можно сказать что по долговечности использования самыми недолговечными являются перфорированные диски, за ними идут диски с насечками, и самыми долговечными будут сплошные вентилируемые. Поэтому перфорированные диски можно использовать в случае, если масса машины невелика, водитель придерживается умеренного стиля вождения, и при этом автовладелец считает, что перфорированные диски украсят машину с точки зрения эстетики. Что касается выбора конкретного бренда, под которым выпускаются тормозные диски, то этот вопрос нуждается еще в более детальном анализе.
Проблемы неправильного выбора
Стоит обратить внимание, что выбор того или иного тормозного диска — это не только вопрос экономии, но и вопрос безопасности. Неправильный подбор диска выражается в нескольких аспектах:
Рейтинг популярных тормозных дисков
А какой фирмы тормозные диски купить на свой автомобиль? Ведь у каждого бренда есть самые разные диски. Редакцией нашего ресурса был составлен рейтинг популярных торговых марок тормозных дисков, основывается исключительно на отзывах, найденных в сети интернет. Список не носит рекламного характера, и не продвигает ни один из брендов.
Ferodo
Диски Ferodo охватывают до 98% европейского рынка автопроизводителей. Автопроизводители используют в качестве оригинальных запасных частей или в качестве замены, как аналог, при постгарантийном обслуживании. В оригинале их качество очень высокое. Соответственно, тормозные диски «Феродо» часто устанавливают на дорогие иномарки, а цена также позволяет ставить в качестве аналога и на бюджетные машины.
Преимуществом данной компании является то, что она производит исключительно детали для тормозной системы различных транспортных средств (в том числе тормозные колодки, барабаны, элементы гидравлической системы, суппорты и прочее). В том числе для спортивных машин. Поэтому кроме непосредственно производства компания занимается исследовательской деятельностью, внедряя новые разработки в выпущенную продукцию.
Японская компания NiBk выпускает как диски так и колодки. Предложенный ассортимент включает в себя диски из высокоуглеродистой стали, с антикоррозионным покрытием, из титано-керамического сплава (для спортивных машин), стандартные, диски с прорезями, из органического состава без металлических сплавов, перфорированные.
Тормозные диски «НиБк» подходят для очень многих зарубежных и отечественных машин. Так, кроме японских марок можно встретить на корейских, таких как Солярис, а на наших, часто ставятся на Приору, Калину и Гранту. Ведь несмотря на качество, цена приемлемая (в среднем 1,6 тыс. рублей). Так что, если есть возможность купить такие, то они в приоритете.
Brembo
Этот итальянский производитель элементов тормозных систем с широким ассортиментом продукции. Компания имеет четыре собственных научно-исследовательских лабораторий и 19 производственных площадок в разных странах мира. Тормозные диски «Брембо» нашли широкое распространение у отечественных автовладельцев, в частности, для автомобилей ВАЗ. Изнашиваются довольно медленно. Однако особенностью из продукции являются то, что она сильно зависит от премиальности авто. К преимуществам дисков Brembo относится:
Отзывы, найденные в интернете о дисках Brembo, в большинстве своем положительные. Их покупают как для спортивных авто, так и стандартных комплектаций.
BOSCH
Тормозные диски BOSCH относятся к категории среднеценовых. Компания-производитель известна на весь мир широким ассортиментом выпускаемой продукции и ее тестовыми испытаниями. Что касается непосредственно тормозных дисков, то выпущенная продукция поставляется как на вторичный рынок (в розничную торговлю в разных странах мира), так и в качестве оригинала для европейских и азиатских машин (в частности, Renault, Skoda, Nissan, Hyundai). Преимущества тормозных дисков «Бош»:
Компания BOSCH имеет свои производственные мощности в различных странах мира, в том числе на территории Российской Федерации. Некоторые автовладельцы отмечают, что изделия, произведенные на отечественных заводах, несколько уступают по качеству аналогичным устройствам, выпущенным на территории других стран. А также диски БОШ можно использовать только при умеренном (городском) режиме езды, так как в при экстремальном торможении показали низкую эффективность.
Lucas TRW
Компания Lucas, входящая в состав европейской корпорации TRW, производит широкий ассортимент деталей для тормозных систем автомобилей. Большинство из них поставляется на вторичный рынок. Однако некоторые модели дисков устанавливаются в качестве оригинальных на среднебюджетные автомобили Volkswagen и Opel. Отличительной особенностью тормозных дисков Lucas является их окраска в черный глянцевый цвет.
Несмотря на широкий ассортимент, все же большинство моделей тормозных дисков «Лукас» предназначены для использования на бюджетных автомобилях. Соответственно, и стоят они недорого, поэтому и снискали широкую популярность у отечественных автолюбителей. Так что перегрев им не страшен, ведь в материале их изготовления много углерода, из-за чего они имеют меньший вес и хорошую теплопроводность. Из недостатков можно отметить редкие отзывы о низком пробеге новых дисков. Однако это во многом зависит не только от качества дисков, но и стиля вождения конкретного водителя, и условий эксплуатации машины.
EBC Brakes
Тормозные диски EBC производятся на территории Великобритании. Относятся к разряду дорогостоящих. Ассортимент выпускаемой продукции делится на три линейки:
Otto Zimmermann
Zimmermann разрабатывает элементы тормозных систем, в том числе диски, преимущественно для немецких же автомашин. Реализуемый ассортимент дисков составляет несколько тысяч моделей. Существует деление на разные линейки по ценовой политике. Например, в продаже имеются бюджетные диски для автомобилей Volkswagen и Opel, а также диски премиум класса для спорткаров Bugatti и Porsche. Однако, несмотря на то, что компания позиционируется как премиальная, ее бюджетный сегмент дисков вполне доступен рядовому владельцу немецкого автомобиля.
Если на полках автомагазинов вы встретите оригинальную продукцию торговой марки Otto Zimmermann, то она вполне рекомендована к покупке. Ее качество будет хорошим и диски послужат на автомобиле много десятков километров пробега. Соотношение цена-качество одно из лучших.
Компания ATE занимается разработкой и выпуском элементов тормозных систем. Корпорация, в состав которой она входит отличается широким списком партнеров-автопроизводителей, среди которых Audi, Skoda, Ford, Toyota, BMW и многие другие, в том числе отечественный ВАЗ. Естественно, что подобное сотрудничество стало возможным благодаря высокому качеству выпускаемых изделий и грамотной ценовой политике.
Одна из гордостей компании — серия тормозных дисков Powerdisk, которые могут выдерживать экстремальную температуру при торможении, равную +800°С. Такие диски изготавливают из легированного чугуна. Однако их имеет смысл устанавливать лишь на специальные гоночные автомобили. В целом же, оригинальные тормозные диски АТЕ достаточно качественные, поэтому используются чаще всего, причем на самых разных автомобилях, в том числе бюджетные и среднеценовые.
Как не купить подделку
В настоящее время на полках многих автомагазинов и в интернете, зачастую встречается поддельная продукция. Это касается не только дорогих, знаменитых на весь мир брендов, но и дисков из среднего и даже эконом класса. Чтобы свести к минимуму возможность приобретения контрафактной продукции необходимо следовать нескольким несложным правилам:
Помните, что поддельные тормозные диски не только обладают меньшим сроком эксплуатации, но и подвергают опасности здоровье и жизнь водителя и пассажиров автомобиля, на который они установлены, а также других участников дорожного движения.
Заключение
Правильный выбор тормозного диска — залог экономии и безопасной эксплуатации автомобиля. Поэтому лучше купить ориентируясь на рекомендации завода-изготовителя автомобиля. В частности, его типа и геометрических параметров. Также при выборе следует учесть свой стиль вождения чтобы понять какие нужны — вентилируемые, перфорированные или с насечками. Важно выбирать тормозные колодки под стать дискам. В частности, это касается не только качества и цены, но и бренда. Так вы обеспечите оптимальный режим работы тормозной системы автомобиля.
Помимо дисков, представленных выше в статье, стоит также обратить внимание на бренд DBA. Тормозные диски от этого производителя стали довольно популярными в 2020 году, и также имеют наивысший процент позитивных отзывов в сравнении с другими брендами. Их основные сильные стороны — отсутствие сильного перегревания и лучшая четкость торможения. К негативным сторонам данных тормозных дисков относят биение.
Если у вас был опыт использования тех или иных тормозных дисков — напишите об этом в комментариях.
